贵州省2020年5月极端性高温事件研究

莫乙冬,苟 杨,唐红忠,潘启学

(贵州省黔南布依族苗族自治州气象局,贵州 都匀 558000)

0 引言

极端性高温天气是主要气象灾害之一,尤其是持续时间较长的极端性高温对公众的生产生活、交通运输以及供水供电等产生重要影响。目前,随着全球气候不断变暖,极端性高温事件出现频次明显增多。

一些学者对高温及其部分影响因子进行研究发现[1-5]:我国南方夏季异常高温事件的发生与南亚高压和西太平洋副热带高压有极为密切的关系,而西太平洋副热带高压的西伸常与南亚高压东伸加强相匹配。Chen 等[6]分析发现中国南方高温的异常与热带中东太平洋海温异常有密不可分的关联。王慧美等[7]的研究揭示了热带西大西洋暖SST异常能够导致江南地区高温事件的发生与发展。

海温在月尺度上的异常变化累积过后是否是海温异常的年际变化,仍是目前需要深入研究的问题。更值得探讨的是通过对海温月尺度的演变特征进行分析,是否可以为贵州省高温事件的月内预报提供一定的参考价值。因此,本文以贵州省2020年5月极端性高温事件为例,深入研究热带大西洋海表面温度在月尺度内的变化对异常性高温事件的影响,以期为贵州极端性高温事件的预测提供一定的参考。

1 资料和方法

本文采用贵州省84站1981—2020年(共40 a)的日平均气温和最高气温资料、美国气象环境预报中心的2.5°×2.5°逐日再分析高度场资料、美国国家海洋大气管理局的0.25°×0.25°逐日海表面温度资料。主要研究时段为1981—2020年,气候态为1991—2020年30 a平均。所计算处理的温度距平和SST异常都为同期30 a(1991—2020年)的异常结果。采用超前滞后相关、合成等分析方法,利用Student-t检验判断相关和合成结果的显著性水平[8]。

2 2020年5月极端性高温事件时空分布特征

2020年5月贵州省出现了极端性高温事件(图1a),极端高温明显,范围基本涵盖了整个贵州区域,通过计算该地区平均气温距平超过了1.8 ℃。为判断2020年5月贵州平均气温的异常偏暖是否是由全球气候变暖背景下的年代际升温而引起的,计算了所有站点气温的线性变化趋势,并将其去除后得到新的去趋势后的平均气温距平(图1b)。发现将线性升温趋势去除后贵州省的气温距平仍在0.8 ℃以上,预示在年际尺度上贵州2020年5月的高温事件是明显异常的。

图1 2020 年贵州省5月平均气温距平(a)、去趋势后的气温距平(b)、极端最高气温空间分布(c)

从2020年5月极端最高气温分布(图1c)可见贵州省为显著高温区,高温范围大,贵州省84个气象观测站最高气温均在30 ℃及以上,大部分站点最高气温超过35 ℃,其中,南部边缘的罗甸、册亨2站高温尤为突出,最高气温超过40 ℃。5月4—9日、13—14日、18—20日持续高温,大部分地区日最高气温持续超过35 ℃,贵州南部边缘气温持续4 d(6—9日)超过40 ℃。5月极端日最高气温共有24个观测站超过1981年以来的历史极值,约占总站数的29%,累计有49站突破1981年以来5月历史同期极值,约占总站数的58%。

贵州独特的喀斯特地貌导致高温事件在地理分布上差异明显,高山站与河谷站的高温差异大。为判别贵州省高温事件是否为局地性事件,本文研究了高温的逐日演变规律,计算了贵州省合成的逐日气温(图2)。从逐日平均气温及其距平的演变(图2a)可知,极端性高温时段主要集中在5月上旬和中旬,上旬有4 d日平均气温突破25 ℃,共有13 d日平均气温距平超过2 ℃。因此,可以判定贵州此次高温事件为区域性高温事件。同时,也发现此次高温事件极端性极为显著,5月8日贵州省合成日最高气温为33.8 ℃,较常年偏高9.8 ℃(图2b),比较逐日最高气温和气候平均态也具有显著偏高的特点(图2c)。

图2 2020年5月贵州区域合成的逐日气温与其距平时间序列(a),逐日最高气温与其距平时间序列(b),逐日最高气温与气候平均时间序列(c)

3 极端高温事件期间大气环流演变特征

图3给出了2020年5月贵州省平均500hPa和200hPa大气环流异常的合成结果。同气候平均态比较可见,5880 gpm 等高线表示的副高异常偏强,位于华南地区并且未被切断,在一定程度上阻碍了暖湿气流北上,更有利于晴热少雨天气出现。同时,位势高度距平显示有大面积的正异常,这些均表明贵州极端高温事件的发生存在有利的大气环流背景相配合(图3a)。由200 hPa异常的合成结果分析得出,南亚高压范围明显扩大,强度显著增强(图3b)。而南亚高压和西太平洋副热带高压在不同高度上异常配合,可导致深厚的高压系统异常控制中国南方地区,进一步导致高温异常的出现[5]。

图3 2020 年贵州省5月500 hPa(a)和200 hPa(b)位势高度场及其距平(单位:gpm)

图4 2020年贵州省5月10～30°N平均200 hPa 等压面上的12500 gpm(a),500 hPa 等压面上的5880 gpm(b)等高线的逐日变化

图5 2020年5月高温事件发生期合成的SST异常(填色,单位:℃)空间分布(斜线区域表示达到 95%的置信水平,黑框表示3个关键SST异常区,从左到右分别为北印度洋、热带中东太平洋、热带西大西洋)

图6 2020年5月热带大西洋(10°S～10°N)SST距平逐日演变(a),2020年5月热带西大西洋(10°S～10°N,60～35°W)SST距平与贵州逐日气温距平序列的超前滞后相关性(b)绿线表示相关系数达到 99% 的置信水平,横坐标负(正)值表示大西洋SST超前(滞后)贵州气温的时间

同时有显著的正负相间的波列结构在北半球中高纬地区对流层上层存在(图 3b),欧洲为负异常,西西伯利亚为正异常,鄂霍茨克海为负异常,这种波列结构与 Wang等[9]研究得到的热带大西洋SST异常激起的中高纬度欧亚大陆 Rossby 波列结构相似度较高,表明贵州省极端性高温事件的出现与热带大西洋SST的异常存在一定程度的关联,因此,下文做了相应的分析。

为更深入地研究西太平洋副热带高压和南亚高压的演变,分析2020年5月10～30°N平均12500 gpm 和5880 gpm 等高线的逐日变化特征(图 4),以此来研究南亚高压与西太副高的东、西变动。2020年5月西太副高向西扩展的区域显著偏大,尤其在5月上旬明显西伸增强,西伸脊点甚至超过100°E ,之后开始东退,这对应着高温天气的持续和缓解。南亚高压向东伸展的时间与极端性高温事件的发生时间基本吻合。这2个高压系统相互配合的情况形成深厚的高压异常,有助于贵州高温事件的发生。

4 热带西大西洋SST信号的异常演变及其影响

热带西大西洋(Wang等[9])、北印度洋(Liu等[10])以及热带东太平洋(Hu等[11])3个关键海域的SST异常对中国南方地区气温的异常有着至关重要的联系。贵州2020年5月极端性高温事件期间海温的异常合成结果存在与年际尺度相一致的海温异常关键区,热带西大西洋和北印度洋的SST呈现出异常偏暖的现象,热带中东太平洋SST则表现出了显著偏冷的态势(图 5)。由此推断在月尺度上,贵州省此次极端性高温事件的出现与这几个关键区海温的异常有着一定程度的关联。

通过以上分析研究,我们更加关注热带大西洋海温的异常信号对此次高温事件的影响,因此,重点分析了此次极端性高温事件期间热带西大西洋关键区(10°S～10°N,60～35°W)(图 6),以期探讨热带西大西洋SST异常在月尺度上的演变趋势是否也是此次贵州极端高温事件重要的关联因素之一。分析2020年5月热带大西洋海温异常的强度和范围逐日演变特征得出,热带西大西洋地区在高温事件期间整体表现为SST正异常,并且在4月中旬存在显著阶段性增强,较贵州极端高温事件发生提前约15 d左右。通过分析得到热带西大西洋关键海域SST距平序列与贵州省气温距平序列的超前滞后相关分析结果(图 6b),表明热带西大西洋SST异常超前贵州高温14 d时其正相关系数达到最大为0.61,超过99%的置信水平,也证明了热带西大西洋SST月内异常增暖或许是触发贵州省极端性高温事件出现、发展的一个原因,同时,SST异常增暖过程比高温事件提前约14 d,有一定的前期指示意义。

5 小结

本文以2020年5月贵州省极端性高温事件为例,分析影响此次贵州省极端性高温事件发生和持续的大气环流背景,利用超前滞后相关等方法重点分析研究热带西大西洋海表面温度的月内演变对贵州省2020年5月极端性高温事件的影响。

(1)2020年5月贵州省约有29%的站点极端日最高气温超过1981年以来历史极值,约58%的站点突破1981年以来5月同期历史极值,西太平洋副热带高压为异常西扩加强态势,伴随南亚高压东伸增强,2个高压在不同高度上的配合导致异常深厚高压的出现,触发此次贵州极端性高温事件发生。

(2) 2020年5月在欧亚大陆中高纬对流层上层有明显的Rossby波列结构,有助于贵州极端性高温事件出现。

(3)热带西大西洋SST在月尺度内异常阶段性增暖,可作为贵州省极端性高温天气发生的重要前期信号,并且增暖过程比高温事件发生提前约14 d,有一定的前期指示意义。

本文仅对此次极端性高温事件进行了基础的个例分析,相类似的海温异常演变是否具有普遍性有待于今后更多案例的深入研究,从而为类似极端高温事件预测提供有益的参考。